[发明专利]多孔金属/三维石墨烯复合材料、其制造方法及应用

说明书

一种多孔金属/三维石墨烯复合材料，包括多孔金属，所述多孔金属上的三维石墨烯、依附于所述三维石墨烯上的多个纳米颗粒/纳米线和至少一层纳米薄膜。该多孔金属/三维石墨烯复合材料将纳米线(一维)、石墨烯材料(三维)与纳米颗粒/纳米线(零维)和纳米薄膜(二维)材料结合在一起，实现了由零维到三维的纳米材料复合，充分结合了上述各种尺寸纳米材料的优点，而同时又避免了各材料的缺点。

技术领域

本公开涉及多孔金属/三维石墨烯复合材料、其制造方法及应用。

背景技术

石墨烯(Graphene)是由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功从石墨中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。

目前，石墨烯在诸多方面存在非常有前景的应用，但在实用化过程中也存在诸多待解决的技术问题。

发明内容

本发明的实施例提供一种多孔金属/三维石墨烯复合材料，包括多孔金属基底、所述多孔金属上的三维石墨烯、依附于所述三维石墨烯上的多个纳米颗粒/纳米线和或至少一层纳米薄膜；三维石墨烯完全或部分附着于所述多孔金属，尺寸为5～50μm，具有多孔结构，孔道直径为10nm～50nm；三维石墨烯包括无规则地聚集在一起的若干片单层石墨烯和少层石墨烯，其中少层石墨烯的层数为2～3层；通过活化在石墨烯片层上形成大量微孔，尺寸为0.5～3nm；纳米颗粒/纳米线直接依附在三维石墨烯上，尺寸为2～30nm，通过双向交叉电流沉积的方法实现在三维石墨烯上的均匀依附；其中，三维石墨烯的制备步骤如下：采用等离子体增强化学气相沉积方法，以含碳气体和辅助气体的混和气体作为碳源，所述含碳气体包括CH₄，C₂H₂，C₂F₆的中至少一种，所述辅助气体包括氩气、氢和氮气，含碳气体和辅助气体的比例为1∶5，生长温度为850℃，生长时间控制为1分钟。

在一种实施方式中，例如，所述多孔金属上的三维石墨烯，所述三维石墨烯完全或部分附着于所述多孔金属，多孔的金属的孔径尺寸为50nm～500μm，优选500nm～50μm，优选2μm～20μm。

在一种实施方式中，例如，所述多个纳米颗粒/纳米线附着于所述三维石墨烯之上，所述至少一层纳米薄膜包覆所述多个纳米颗粒/纳米线及所述三维石墨烯。

在一种实施方式中，例如，所述多个纳米颗粒/纳米线中的至少一部分附着于所述三维石墨烯之上，所述至少一层纳米薄膜的最外层纳米薄膜包覆所述多个纳米颗粒/纳米线、所述三维石墨烯及其他层纳米薄膜。

在一种实施方式中，例如，所述附着有三维石墨烯的多孔金属包括任意形态和尺寸的各种金属多孔材料，包括Ni，Cu，Fe，Al，Cr，Ag，Au，Mn及各种合金的多孔金属材料等。